氟涂料主要有三類:烘烤型、常溫固化型和水性氟涂料,目前廣泛使用的是常溫固化型氟涂料[1]。但實際應用中,常溫固化型氟涂料常常表現(xiàn)出固化時間長、柔韌性不足、流平性差。本文研究了通過加入納米CaCO3和白炭黑改善常溫固化型氟涂料所存在的不足[2-3]。
1.實驗
1.1原料
實驗所用原材料如表1。
表1所用原材料名稱、規(guī)格及來源
1.2氟樹脂涂料及試板制備
納米CaCO3的活化:稱取一定量偶聯(lián)劑用石油醚充分溶解,加入納米CaCO3充分攪勻后,再將石油醚蒸出,干燥后,得活化的納米CaCO3。
氟涂料配制:將氟樹脂、顏填料、溶劑按一定比例在高速攪拌機中充分混勻后,在砂磨機中研磨至細度小于15μm制成甲組分;將固化劑與醋酸乙酯/醋酸丁酯按一定比例制成乙組分,按n(—NCO)∶n(—OH)=1.1∶1將甲乙組分混合。加適量稀釋劑調整氟樹脂涂料黏度至18～20s,噴涂制板。
1.3性能測試
納米CaCO3活化指數(shù)測定:稱取10g樣品放入盛有150mL蒸餾水的燒杯中,用玻璃棒攪拌使其溶解充分,靜置1h,然后將沉降的試樣取出用真空抽濾泵抽濾,將抽濾后的樣品放入烘箱烘干,將烘干后的試樣用電子天平稱量后,放入試樣袋中貼上標簽?；罨笖?shù)=(10-沉入杯底的粉料的質量)/10×100%氟涂料性能:按表2檢驗氟樹脂涂料性能;貯存穩(wěn)定性:存放半年,檢查有無沉降。如沉淀在攪拌后恢復均勻,根據(jù)沉淀量分為“輕度、沉淀和重沉淀”。
表2檢驗項目及檢驗標準
2.結果與討論
2.1納米CaCO3的活化性
納米CaCO3是親水性的,與溶劑型氟樹脂涂料相容性很差,使用前須對其進行表面活化(偶聯(lián))處理,以改善與溶劑型氟樹脂涂料的相容性。表3為不同偶聯(lián)劑的活化指數(shù)。從表3看出:在偶聯(lián)劑中KH-570活化指數(shù)最高,表明使用該偶聯(lián)劑對納米CaCO3進行表面活化處理可將其表面由親水性變?yōu)槭杷?,KH-570[γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷]中的丙烯酰氧能與CaCO3有效地形成范德華結合力,而其親油性基團—丙基三甲氧基硅烷又能與氟樹脂通過范德華力使分子鏈相互纏繞在一起,即有效地使納米CaCO3顆粒表面變成親油性,有利于納米CaCO3在非極性的氟樹脂中均勻分散。圖1為KH-570用量對活化指數(shù)的影響。
圖1 KH-570用量對活化指數(shù)的影響
圖1表明:隨活化用偶聯(lián)劑用量增加,活化指數(shù)增加。當用量達到2.0%時,活化指數(shù)達到99.6%,顆粒表現(xiàn)出強疏水性。
表3活化指數(shù)的測定
2.2納米CaCO3用量對氟涂料性能的影響
表4表明納米CaCO3用量對氟涂料性能的影響。從表4可以看出:隨納米CaCO3用量的增加,氟樹脂涂料的干燥時間、柔韌性及流平性均得以改善。因為高表面活性的納米CaCO3及偶聯(lián)劑硅烷對氟涂料有催干作用,使其表干和實干時間縮短。另一方面,經處理后的具有兩親性的納米CaCO3使氟樹脂的氟分子鏈間的相互作用力減弱,氟分子鏈間相互纏繞減輕,分子鏈規(guī)則排列減少,這些因素會使氟涂料的流動性(流平性)和漆膜的柔韌性得以改善。
2.3白炭黑的影響
表4納米CaCO3用量對氟涂料性能的影響
注:體系中無白炭黑。
白炭黑有增加涂料流動性、粘合性(防沉淀)和分散性等作用。表5為白炭黑用量對涂料性能的影響。
表5白炭黑用量對氟涂料性能的影響
注:體系中無納米CaCO3
從表5看出:隨著白炭黑用量的增加,氟涂料的貯存穩(wěn)定性改善,其用量為0.5%時,貯存1年仍無沉淀現(xiàn)象。因其改善了粉料的潤濕性、分散性,并有增稠作用;增加白炭黑的加入量,柔韌性和流平性也得以改善,在加入量為0.5%時為最好。而后再增加情況不理想。這是因用量過多導致觸變性較強,影響了分散性(甚至呈凍狀)。
2.4改性前后氟涂料的性能比較
加入2.0%納米CaCO3、0.5%白炭黑改性前后氟涂料的綜合性能如表6所示。
表6改性前后氟涂料的性能比較
3.結語
(1)納米CaCO3表面活化(偶聯(lián))處理較重要,偶聯(lián)劑KH-570適合于氟樹脂涂料,用量為納米CaCO3的2.0%效果最佳。
(2)經納米CaCO3改性氟樹脂涂料的干燥時間、柔韌性及流平性均得以改善。
(3)經白炭黑改性氟樹脂涂料的貯存穩(wěn)定性改善。(4)活性納米CaCO3用量為2.0%及白炭黑用量為0.5%時,改性后氟涂料的表干時間<1h,實干時間為23h,柔韌性達到1級,流平性達10級,貯存穩(wěn)定性達1年。
